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Graph Adversarial Diffusion Convolution

This repository contains an implementation of "Graph Adversarial Diffusion Convolution", which is a general and principled framework for defense against feature noise and graph sturcture attacks.

(I). Defense Performance against Non-adaptive Graph Structure Attack

cd Non-Adaptive_Adversarial_Attack

1. Generate disrupted graph structure

While we provide the disrupted adjacency matrix in the meta_adj folder, you can also use the following commands to generate the disrupted adjacency matrix.

python setup.py --dataset cora --ptb_rate 0.25
# We can replace dataset and ptb_rate

2. Baseline Evaluation

GCN

python gcn.py --dataset cora --ptb_rate 0.25 
# We can replace dataset and ptb_rate

GAT

python gat.py --dataset cora --ptb_rate 0.25  
# We can replace dataset and ptb_rate

APPNP

python appnp.py --dataset cora --ptb_rate 0.25  
# We can replace dataset and ptb_rate

SSGC

python ssgc.py --epochs 100 --lr 0.2 --weight_decay 1e-5 --alpha 0.05 --degree 16 --dataset cora --ptb_rate 0.25  
# We can replace ptb_rate  

python ssgc.py --epochs 150 --lr 0.2 --weight_decay 1e-4 --alpha 0.05 --degree 16 --dataset citeseer --ptb_rate 0.25  
# We can replace ptb_rate  

python ssgc.py --epochs 100 --lr 0.2 --weight_decay 2e-5 --alpha 0.05 --dataset pubmed --ptb_rate 0.25  
# We can replace ptb_rate

NAGphormer

python main.py --batch_size 2000 --dropout 0.1 --hidden_dim 512 --hops 3  --n_heads 8 --n_layers 1 --pe_dim 3 --peak_lr 0.01  --weight_decay=1e-05 --dataset cora --ptb_rate 0.25  
# We can replace ptb_rate  

python main.py --batch_size 2000 --dropout 0.3 --hidden_dim 512  --hops 7  --n_heads 8 --n_layers 1 --pe_dim 3 --peak_lr 0.001  --weight_decay=1e-05 --dataset citeseer --ptb_rate 0.25  
# We can replace ptb_rate  

python main.py --batch_size 2000 --dropout 0.1 --hidden_dim 512 --hops 7  --n_heads 8 --n_layers 1 --pe_dim 15 --peak_lr 0.001  --weight_decay=1e-05 --dataset pubmed --ptb_rate 0.25  
# We can replace ptb_rate

Robust GCN

python rgcn.py --dataset cora --ptb_rate 0.25  
# We can replace dataset and ptb_rate

GCN Jaccard

python gcn_jaccard.py --dataset cora --ptb_rate 0.25  
# We can replace dataset and ptb_rate

GCN SVD

python gcn_svd.py --dataset cora --ptb_rate 0.25  
# We can replace dataset and ptb_rate

Pro-GNN

python prognn.py --alpha 5e-4 --beta 1.5 --gamma 1 --lambda_ 0.001 --lr 5e-4 --epoch 1000 --dataset cora --ptb_rate 0.25  
# We can replace ptb_rate  

python prognn.py --alpha 5e-4 --beta 1.5 --gamma 1 --lambda_ 0.0001 --lr 5e-4 --epoch 1000 --dataset citeseer --ptb_rate 0.25
# We can replace ptb_rate  

python prognn.py --alpha 0.3 --beta 2.5 --gamma 1 --lambda_ 0.001 --lr 1e-2 --epoch 100 --inner_steps 30 --dataset pubmed --ptb_rate 0.25  
# We can replace ptb_rate

GNNGuard

python main.py --modelname GCN --GNNGuard True --dataset cora --ptb_rate 0.25  
# We can replace dataset and ptb_rate

Elastic GNN

cd code
python main.py --random_splits 1 --runs 10 --lr 0.01 --K 10 --lambda1 9 --lambda2 3 --weight_decay 0.0005 --hidden 16 --normalize_features False --dataset Cora-adv --ptb_rate 0.25  
# We can replace ptb_rate 

python main.py --random_splits 1 --runs 10 --lr 0.01 --K 10 --lambda1 9 --lambda2 3 --weight_decay 0.0005 --hidden 16 --normalize_features False --dataset CiteSeer-adv --ptb_rate 0.25 
# We can replace ptb_rate 

python main.py --random_splits 1 --runs 10 --lr 0.01 --K 10 --lambda1 9 --lambda2 3 --weight_decay 0.0005 --hidden 16 --normalize_features False --dataset PubMed-adv --ptb_rate 0.25  
# We can replace ptb_rate

HANG-quad

python main.py --function hangquad --block constant --lr 0.005 --dropout 0.4 --input_dropout 0.4 --batch_norm --time 8 --hidden_dim 64 --step_size 1 --runtime 10 --add_source --batch_norm --gpu 4 --epochs 800 --patience 150 --dataset cora --ptb_rate 0.25  
# We can replace ptb_rate 

python main.py --function hangquad --block constant --lr 0.005 --dropout 0.4 --input_dropout 0.4 --batch_norm --time 12 --hidden_dim 64 --step_size 1 --runtime 10 --add_source --batch_norm --gpu 4 --epochs 800 --patience 150 --dataset citeseer --ptb_rate 0.25  
# We can replace ptb_rate 

python main.py --function hangquad --block constant --lr 0.005 --dropout 0.4 --input_dropout 0.4 --batch_norm --time 6 --hidden_dim 64 --step_size 1 --runtime 10 --add_source --batch_norm --gpu 4 --epochs 800 --patience 150 --dataset pubmed --ptb_rate 0.25   
# We can replace ptb_rate

STABLE

python main.py --alpha 0.6 --beta 2 --k 7  --jt 0.03 --cos 0.25 --dataset cora --ptb_rate 0.25  
# We can replace ptb_rate 

python main.py --alpha 0.1 --beta 2 --k 5  --jt 0.03 --cos 0.1 --dataset citeseer --ptb_rate 0.25  
# We can replace ptb_rate 

python main.py --alpha 0.1 --beta 2 --k 5  --jt 0.03 --cos 0.1 --dataset pubmed --ptb_rate 0.25  
# We can replace ptb_rate

GCN-GARNET

python main.py --device 0 --backbone gcn --dataset cora --attack meta --ptb_rate 0.25 --perturbed
# We can replace dataset and ptb_rate

EvenNet

python main.py --runs 100 --dataset cora --ptb_rate 0.25 --alpha 0.9  
# We can replace ptb_rate 

python main.py --runs 100 --dataset citeseer --ptb_rate 0.25 --alpha 0.9    
# We can replace ptb_rate 

python main.py --runs 100 --dataset pubmed --ptb_rate 0.25 --alpha 0.5 
python main.py --runs 100 --dataset pubmed --ptb_rate 0.5 --alpha 0.9
python main.py --runs 100 --dataset pubmed --ptb_rate 0.75 --alpha 0.9

3. GADC Evaluation

GADC

python gadc.py --degree 6 --lam 1 --lr 0.02 --epochs 100 --weight_decay 1e-5 --hidden 32 --dataset cora --ptb_rate 0.25  
python gadc.py --degree 3 --lam 1 --lr 0.02 --epochs 100 --weight_decay 1e-5 --hidden 32 --dataset cora --ptb_rate 0.5  
python gadc.py --degree 1 --lam 1 --lr 0.02 --epochs 100 --weight_decay 1e-5 --hidden 32 --dataset cora --ptb_rate 0.75  
python gadc.py --degree 6 --lam 1 --lr 0.02 --epochs 100 --weight_decay 1e-5 --hidden 32 --dataset citeseer --ptb_rate 0.25  
python gadc.py --degree 3 --lam 1 --lr 0.02 --epochs 100 --weight_decay 1e-5 --hidden 32 --dataset citeseer --ptb_rate 0.5  
python gadc.py --degree 1 --lam 1 --lr 0.02 --epochs 100 --weight_decay 1e-5 --hidden 32 --dataset citeseer --ptb_rate 0.75  
python gadc.py --degree 2 --lam 1 --lr 0.02 --epochs 200 --weight_decay 1e-5 --hidden 32 --dataset pubmed --ptb_rate 0.25  
python gadc.py --degree 1 --lam 1 --lr 0.02 --epochs 200 --weight_decay 1e-5 --hidden 32 --dataset pubmed --ptb_rate 0.5 
python gadc.py --degree 1 --lam 1 --lr 0.02 --epochs 200 --weight_decay 1e-4 --hidden 32 --dataset pubmed --ptb_rate 0.75

(II). Defense Performance against Adaptive Graph Structure Attack

cd Adaptive_Adversarial_Attack
python gcn.py --dataset cora
python gnnguard.py --dataset cora
python sftgdc.py --dataset cora
python svd_gcn.py --dataset cora
python gadc.py --dataset cora

# We can replace dataset

(III). Denoising Performance against Feature Noise

cd Denoising

1. Baseline Evaluation

MLP

python mlp.py --noise_type gaussian --runs 100 --dataset cora --noise_level 0.1
# We can replace dataset and noise_level  

python mlp.py --noise_type flip --runs 100 --dataset cora --ber 0.1
# We can replace dataset and ber  

python mlp.py --noise_type gaussian --runs 10 --dataset coauthor-cs --noise_level 0.1
# We can replace dataset and noise_level  

python mlp_products.py --noise_level 0.1
# We can replace noise_level

GCN

python gcn_denoising.py --noise_type gaussian --runs 100 --dataset cora --noise_level 0.1
# We can replace dataset and noise_level  

python gcn_denoising.py --noise_type flip --runs 100 --dataset cora --ber 0.1
# We can replace dataset and ber  

python gcn_denoising.py --noise_type gaussian --runs 10 --dataset coauthor-cs --noise_level 0.1
# We can replace dataset and noise_level  

python gcn_products.py --noise_level 0.1
# We can replace noise_level

GAT

python gat.py --noise_type gaussian --runs 100 --lr 0.005 --weight_decay 5e-4 --dataset cora --noise_level 0.1
python gat.py --noise_type gaussian --runs 100 --lr 0.005 --weight_decay 5e-4 --dataset citeseer --noise_level 0.1
python gat.py --noise_type gaussian --runs 100 --lr 0.01 --weight_decay 0.001 --heads_2 8 --dataset pubmed --noise_level 0.01
# We can replace noise_level  

python gat.py --noise_type flip --runs 100 --lr 0.005 --weight_decay 5e-4 --dataset cora --noise_level 0.1
python gat.py --noise_type flip --runs 100 --lr 0.005 --weight_decay 5e-4 --dataset citeseer --noise_level 0.1
python gat.py --noise_type flip --runs 100 --lr 0.01 --weight_decay 0.001 --heads_2 8 --dataset pubmed --noise_level 0.1
# We can replace ber  

python gat.py --noise_type gaussian --runs 10 --lr 0.005 --weight_decay 5e-4 --dataset cora --ber 0.1
python gat.py --noise_type gaussian --runs 10 --lr 0.005 --weight_decay 5e-4 --dataset citeseer --ber 0.1
python gat.py --noise_type gaussian --runs 10 --lr 0.01 --weight_decay 0.001 --heads_2 8 --dataset pubmed --ber 0.1
# We can replace noise_level

GLP

python glp.py --noise_type gaussian --runs 100 --dataset cora --noise_level 0.1
# We can replace dataset and noise_level  

python glp.py --noise_type flip --runs 100 --dataset cora --ber 0.1
# We can replace dataset and ber  

python glp.py --noise_type gaussian --runs 10 --dataset coauthor-cs --noise_level 0.1
# We can replace dataset and noise_level

SSGC

python ssgc.py --noise_type gaussian --runs 100 --dataset cora --weight_decay 1e-5 --epochs 100 --noise_level 0.1
python ssgc.py --noise_type gaussian --runs 100 --dataset citeseer --weight_decay 1e-4 --epochs 150 --noise_level 0.1
python ssgc.py --noise_type gaussian --runs 100 --dataset pubmed --weight_decay 2e-5 --epochs 100 --noise_level 0.01
# We can replace noise_level  

python ssgc.py --noise_type flip --runs 100 --dataset cora --weight_decay 1e-5 --epochs 100 --ber 0.1
python ssgc.py --noise_type flip --runs 100 --dataset citeseer --weight_decay 1e-4 --epochs 150 --ber 0.1
python ssgc.py --noise_type flip --runs 100 --dataset pubmed --weight_decay 2e-5 --epochs 100 --ber 0.1
# We can replace ber  

python ssgc.py --noise_type gaussian --runs 10 --dataset coauthor-cs --weight_decay 1e-5 --epochs 100 --noise_level 0.1
# We can replace dataset and noise_level  

python ssgc_products.py --noise_level 0.1
# We can replace noise_level

IRLS

python irls.py --noise_type=gaussian --data=cora --mlp_bef=1 --mlp_aft=0 --dropout=0.8 --prop_step=8 --alp=1 --lam=1 --inp_dropout=0.8 --lr=0.3 --weight_decay=5e-5 --runs=100 --seed=42 --noise_level=0.1
python irls.py --noise_type=gaussian --data=citeseer --mlp_bef=1 --mlp_aft=0 --prop_step=16 --lr=0.1 --num_epoch=500 --inp_dropout=0.5 --lam=1 --alp=1 --weight_decay=0.001 --runs=100 --seed=42 --noise_level=0.1
python irls.py --noise_type=gaussian --data=pubmed --mlp_bef=1 --mlp_aft=0 --prop_step=40 --lr=0.5 --num_epoch=500 --inp_dropout=0.8 --lam=1 --alp=1 --weight_decay=0.0005 --runs=100 --seed=42 --noise_level=0.01
# We can replace noise_level  

python irls.py --noise_type=flip --data=cora --mlp_bef=1 --mlp_aft=0 --dropout=0.8 --prop_step=8 --alp=1 --lam=1 --inp_dropout=0.8 --lr=0.3 --weight_decay=5e-5 --runs=100 --seed=42 --ber=0.1
python irls.py --noise_type=flip --data=citeseer --mlp_bef=1 --mlp_aft=0 --prop_step=16 --lr=0.1 --num_epoch=500 --inp_dropout=0.5 --lam=1 --alp=1 --weight_decay=0.001 --runs=100 --seed=42 --ber=0.1
python irls.py --noise_type=flip --data=pubmed --mlp_bef=1 --mlp_aft=0 --prop_step=40 --lr=0.5 --num_epoch=500 --inp_dropout=0.8 --lam=1 --alp=1 --weight_decay=0.0005 --runs=100 --seed=42 --ber=0.1
# We can replace ber  

python irls.py --noise_type=gaussian --data=coauthor-cs --mlp_bef=1 --mlp_aft=0 --prop_step=40 --lr=0.5 --num_epoch=500 --inp_dropout=0.8 --lam=1 --alp=1 --weight_decay=0.0005 --runs=10 --seed=42 --noise_level=0.1
# We can replace dataset and noise_level

AirGNN

python airgnn.py --dataset cora --noise_level 0.1

APPNP

python appnp.py --noise_type gaussian --runs 100 --dataset cora --noise_level 0.1
# We can replace dataset and noise_level  

python appnp.py --noise_type flip --runs 100 --dataset cora --ber 0.1
# We can replace dataset and ber  

python appnp.py --noise_type gaussian --runs 10 --dataset coauthor-cs --noise_level 0.1
# We can replace dataset and noise_level

2. GADC Evaluation

python gadc.py --noise_type gaussian --runs 100 --dataset cora --noise_level 0.1
# We can replace dataset and noise_level  

python gadc.py --noise_type flip --runs 100 --degree 32 --lam 64 --epsilon 1e-5 --dataset cora --ber 0.1
python gadc.py --noise_type flip --runs 100 --degree 32 --lam 64 --epsilon 1e-5 --dataset cora --ber 0.2
python gadc.py --noise_type flip --runs 100 --degree 32 --lam 64 --epsilon 1e-1 --dataset cora --ber 0.4
python gadc.py --noise_type flip --runs 100 --degree 32 --lam 64 --epsilon 1e-5 --dataset citeseer --ber 0.1
python gadc.py --noise_type flip --runs 100 --degree 32 --lam 64 --epsilon 1e-5 --dataset citeseer --ber 0.2
python gadc.py --noise_type flip --runs 100 --degree 32 --lam 64 --epsilon 1e-5 --dataset citeseer --ber 0.4
python gadc.py --noise_type flip --runs 100 --degree 32 --lam 64 --epsilon 1e-1 --dataset pubmed --ber 0.1
python gadc.py --noise_type flip --runs 100 --degree 32 --lam 64 --epsilon 1e-1 --dataset pubmed --ber 0.2
python gadc.py --noise_type flip --runs 100 --degree 32 --lam 64 --epsilon 1e-1 --dataset pubmed --ber 0.4

python gadc.py --noise_type gaussian --dataset coauthor-cs --runs 10 --noise_level 0.1 --lam 1 --degree 16 --lr 0.2 --epochs 1000 --weight_decay 1e-7
python gadc.py --noise_type gaussian --dataset coauthor-cs --runs 10 --noise_level 1 --lam 128 --degree 16 --lr 0.2 --epochs 1000 --weight_decay 1e-7
# We can replace dataset

python gadc_products.py --noise_level 0.1 --lam 32
python gadc_products.py --noise_level 1.0 --lam 256

(IV). Improving Performance in Heterophilic Graphs

cd Heterophilic_Graph
python3 gadc.py --dataset cornell --epsilon 1.0
# We can replace dataset and epsilon  

python3 gadc_link.py --dataset cornell --epsilon 1.0
# We can replace dataset and epsilon

Citation

@inproceedings{liu2024graph,
  title={Graph Adversarial Diffusion Convolution},
  author={Liu, Songtao and Chen, Jinghui and Fu, Tianfan and Lin, Lu and Zitnik, Marinka and Wu, Dinghao},
  booktitle={International Conference on Machine Learning},
  year={2024},
}